带电粒子在有界匀强磁场中运动的问题(3)

2019-02-15 22:02

正离子在磁场中运动的轨迹为一段圆弧,该轨迹圆弧对应的圆心O’位于初、末速度方向垂线的交点,也在弦ab的垂直平分线上,O’b与区域圆相切,弦ab既是轨迹圆弧对应的弦,也是区域圆的弦,由此可知,OO’就是弦ab的垂直平分线,O点就是磁场区域圆的圆心。

又因为四边形OabO’的四个角之和为360?,可推出?aO'b?60?,因此,正离子在磁场中完成了1/6圆周,即

1?mt?T?63qB

特点2 入射速度方向(不一定指向区域圆圆心)与轨迹圆弧对应的弦的夹角为?(弦切角),则出射速度方向与入射速度方向的偏转角为2?,轨迹圆弧对应的圆心角也为2?,并且初末速度方向的交点、轨迹圆的圆心、区域圆的圆心都在弧弦的垂直平分线上。

如图3,带电粒子从a点射入匀强磁场区域,初速度方向不指向区域圆圆心,若出射点为b,轨迹圆的圆心O’在初速度v0方向的垂线和弦ab的垂直平分线的交点上,入射速度方向与该中垂线的交点为d,可以证明:出射速度方向的反向延长线也过d点,O、d、O’都在弦ab的垂直平分线上。

如果同一种带电粒子,速度方向一定、速度大小不同时,出射点不同,运动轨迹对应的弦不同,弦切角?不同,该轨迹圆弧对应的圆心角2?也不同,则运

2?m动时间t?qB也不同。

例2。 如图4所示,在xOy坐标系第一象限内有一个与x轴相切于Q点的圆形有界匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一带电粒子(不计重力)质量为m,带电荷量为+q,以初速度v0从P点进入第一象限,??30?,经过该圆形有界磁场时,速度方向偏转了60?,从x轴上的Q点射出。

问:在第一象限内圆形磁场区域的半径多大? 分析:根据上述特点2可知,速度偏转角为60?,那么弦切角就为30?,我们可以先做出弦,并且弦一定过Q点,因此,做出过Q点且平行于y轴的直线,

与初速度v0方向的交点为A,A点就是入射点,AQ就是弦,又因为区域圆在Q点与x轴相切,AQ也是区域圆的直径,如图4。轨迹圆心为O’,圆心角为60?,

?AO'Q为等边三角形,半径

mv0r?,AQ?r,

qBrmv0?所以圆形磁场区域的半径为22qB

也可在图4中体会一下,如果区域圆半径过大或过小,弦(入射点和Q点的连线)也会发生变化,可以看出弦切角不再是30?,那么偏转角也就不会是60?了。

19、(2009年浙江卷)25.如图所示,x轴正方向水

y

平向右,y轴正方向竖直向上。在xOy平面内与y轴

平行的匀强电场,在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置,它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q(q>0)和初速度v的带电微粒。发射时,这束带电微粒分布在0<y<2R的区间内。已知重力加速度大小为g。

(1)从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域,并从坐标原点O沿y轴负方向离开,求电场强度和磁感应强度的大小与方向。

(2)请指出这束带电微粒与x轴相交的区域,并说明理由。

(3)在这束带电磁微粒初速度变为2v,那么它们与x轴相交的区域又在哪里?并说明理由。

射带装点置微粒发v R C O/ O

x


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